2 Les postes HTA/BT Dès que la puissance demandée atteint 50 kVA, les entreprises industrielles ou tertiaires sont alimentées en haute tension 20 kV (HTA). L’étendue de leur site fait qu’elles sont généralement amenées à réaliser un réseau interne HTA. L’alimentation d’une installation électrique est effectuée avec un poste de transformation HTA/BT qui est disposé au plus près des éléments consommateurs d’énergie. L’abonné livré en énergie électrique HTA (de 5 à 30 kV) peut choisir son schéma de liaison du neutre. Il n’est pas limité en puissance et il bénéficie d’une tarification plus économique. Le poste de transformation HTA/BT s’appelle aussi poste de livraison. 1. Les différents types de postes de livraison On peut classer les postes HTA/BT en deux catégories. 1.1. Les postes d’extérieur sur poteau : puissances 25 – 50 – 100 kVA. • Poste Postes : • - enpréfabriqués bas de poteau : de 100 à 250 kVA ; - poste compact : de 160 à 1 250 kVA. • Poste maçonné traditionnel : de 160 à 1 250 kVA. 1.2. Les postes d’intérieur ouverts maçonnés ou préfabriqués. • Postes Postes en cellules préfabriquées métalliques. • Les puissances sont comprises entre 100 et 1 250 kVA. Le comptage BT doit être remplacé par un comptage HT dès que l’installation dépasse 2 000 A, ou s’il existe plusieurs transformateurs. Remarques Le poste de livraison est alimenté par EDF dont le réseau a une tension normalisée de 20 kV. Dans certaines régions, cette tension peut être de 5, 10, 15 ou 30 kV. L’alimentation peut être aérienne ou souterraine. Selon les cas, elle s’effectue en simple dérivation, en boucle, en coupure d’artère ou en double dérivation. Pour les puissances inférieures à 1 250 kVA, on aura souvent intérêt à choisir un poste avec comptage en basse tension, moins onéreux. • • • 14 • D I S T R I B U T I O N D E L ’ É N E R G I E Les postes HTA/BT 2 2. Structure d’un poste HTA/BT Le poste de livraison comporte essentiellement de l’appareillage et un ou plusieurs transformateurs afin d’assurer les fonctions suivantes (fig. 1) : - dérivation du courant sur le réseau ; - protection du transformateur côté HT ; - transformation HTA/BT ; - protection du transformateur côté BT ; - comptage d’énergie. Toutes les masses métalliques du poste sont reliées à la terre. Pour l’intervention dans le poste, les arrivées doivent être sectionnées et les câbles reliés entre eux mis à la terre. Poste haut de poteau Éclateur Alimentation réseau HT Poste d’intérieur Interrupteurs sectionneurs Interrupteur sectionneur Protection transformateur + fusible ou disjoncteur Transformateur HT/BT Disjoncteur BT protection transfo. Prise de terre du neutre Batterie de condensateurs éventuelle Comptage Disjoncteur général BT Disjoncteur Disjoncteur BT réglé général BT au courant souscrit Distribution BT abonné Fig. 1 : Structure générale d’un poste HTA/BT. 3. Postes HTA/BT en haut de poteau Le transformateur et l’appareillage sont fixés sur le poteau, l’alimentation est aérienne, le départ s’effectue en aérien ou en souterrain (fig. 2). Éclateur Transformateur Disjonteur Commande manuelle Prise de terre du poste Comptage Prise de terre du neutre Protection Prise de terre utilisateur Fig. 2 : Structure d’installation d’un poste sur poteau. 3.1. Protection haute tension : protection contre la foudre par éclateur. • Côté Côté basse tension : un disjoncteur protège le transformateur contre les surinten•sités. D I S T R I B U T I O N D E L ’ É N E R G I E • 150 2 Les postes HTA/BT 3.2. Raccordement Le transformateur est alimenté en aérien, le départ BT s’effectue soit en aérien, soit en souterrain (fig. 3). Arrivée et départ aériens Arrivée aérienne et départ souterrain Transformateur aérien (Schneider Electric). Fig. 3 : Exemples de raccordement d’un poste sur poteau. 4. Postes préfabriqués monobloc Les postes préfabriqués monobloc peuvent être soit en bas de poteau, soit sur une plate-forme extérieure. Le raccordement s’effectue par câble, soit au réseau aérien, soit au réseau souterrain. 4.1. Constitution Le tableau BT comporte un interrupteur avec fusibles ou un disjoncteur avec coupure visible. La puissance du transformateur est comprise entre 100 kVA et 1 000 kVA (fig. 4). Ce type de poste est transporté par camion. Il est déposé sur une dalle en ciment. Le montage consiste à raccorder les câbles d’arrivée et de départ. Enveloppe métallique Transformateur MT/HT Arrivée MT souterraine Liaisons BT Tableau BT Câble de départ BT Fig. 4 : Stucture d’un poste préfabriqué compact. 16 • D I S T R I B U T I O N D E L ’ É N E R G I E Les postes HTA/BT 2 4.2. Schéma interne Ces postes sont très compacts et leur mise en place est très rapide. Il en existe une grande variété selon le milieu (urbain ou rural), selon les puissances installées et le type d’alimentation (en aérien ou en souterrain) (fig. 5). Liaison BT Dispositif de mise en court-circuit Câbles d’arrivée HT Coupe-circuit HPC 10A TC de comptage 200/5 ou 500/5 Disjoncteur cadenassable ouvert Mise à la terre du neutre Borne de raccordement du câble de mise à la terre des masses Traversées embrochables 200 A Plot de mise à la terre des câbles HT Fig. 5 : Schéma interne d’un poste préfabriqué compact. 5. Postes d’intérieur L’installation d’un poste de livraison en intérieur se justifie lorsqu’on doit protéger l’appareillage HT et BT du poste contre les fortes variations de température, ou dans le cas de puissances importantes (fig. 6). On distingue les postes dont l’appareillage HT est sous enveloppe métallique et les postes équipés d’appareillage HT sans enveloppe. Le maté- Fig. 6 : Schéma général d’un poste ouvert. riel, dans ce dernier cas, est dit « ouvert ». Ces postes maçonnés sont de plus en plus remplacés par des cellules préfabriquées. Les postes avec cellules préfabriquées métalliques ont pratiquement remplacé tous les postes maçonnés avec appareillage ouvert. Ils présentent l’avantage d’offrir une meilleure sécurité et une mise en place plus rapide. D I S T R I B U T I O N D E L ’ É N E R G I E • 170 2 Les postes HTA/BT 6. Postes avec cellules fonctionnelles Les postes avec cellules préfabriquées métalliques sont réalisés avec des cellules remplissant chacune une fonction (fig. 7). 6.1. Différents types de cellules Il existe une multitude de cellules différentes : - cellule d’arrivée ; - cellule de protection HT; - cellule de protection BT (fusible + interrupteur ou disjoncteur) (fig. 8). Fig. 7 : Poste d’intérieur HT/BT à comptage BT pour réseau 20 kV (Schneider Electric). Fig. 8 : Exemples de cellules HTA (Schneider Electric). 6.2. Association des cellules HTA Les appareils haute tension sont répartis en cellules individuelles qui permettent par association de réaliser de multiples schémas. Ce système modulaire permet la construction de postes de répartition HT et de livraison avec une très grande souplesse (fig. 9). Postes de livraison HTA (abonnés à comptage HTA) IM IM DM1-D GBC-A Départ vers autres postes de boucle Arrivée du poste de répartition principale Fig. 9 : Exemple d’association de cellules. 18 • D I S T R I B U T I O N D E L ’ É N E R G I E QM DM1-A Les postes HTA/BT 2 EXERCICES ÉTUDE DE LA DISTRIBUTION HTA Exercice 1 (d’après Session 2002) Se reporter à la présentation de l’usine Michelin (chapitre 2, pages 21 à 23), et en particulier à l’atelier de confection de la gomme. Cet atelier est alimenté par le réseau HTA, il comprend (fig. 3) : - la sous-station Z1 ; - la sous-station Z2 ; - la sous-station du groupe 3 (motorisation du mélangeur interne). 1 Identifier les différents types d’alimentation (remplir le tableau en cochant la case correspondante). Type Poste d’arrivée 20 kV Sous-station Z1 Sous-station Groupe 3 Antenne Boucle Double dérivation 2 Choisir les cellules normalisées en précisant la fonction, la désignation et l’intensité nominale. Cellule Cellule 1 Cellule 2 Cellule 3 Fonction Désignation Intensité nominale (A) Exercice 2 (d’après Session 2003) Se reporter à la présentation de l’usine SLN (chapitre 3, pages 31 à 33), et en particulier au poste HTA/BTA (fig. 2) relatif aux cellules préfabriquées 24 kV. 1 Identifier le type d’alimentation du poste de distribution à partir du schéma (fig. 2) (mettre une croix dans la case correspondante). Type d’alimentation Poste de distribution Antenne ou Simple dérivation Boucle ou Coupure d’artère Double dérivation 2 Justifier l’utilisation de deux alimentations. 3 Identifier le rôle des cellules du poste « Lait de consommation » (mettre une croix dans la case correspondante). N° de cellule 1 2 3 4 Raccordement au réseau Protection HT D I S T R I B U T I O N D E L ’ É N E R G I E • 190 D O C U M E N TAT I O N Cellules préfabriquées pour postes de livraison HTA/BT Ces cellules existent pour les calibres 400 A et 630 A, éventuellement en 1 250 A. Les cellules préfabriquées modulaires permettent de réaliser rapidement des postes de transformation HTA/BT jusqu’à 24 kV en associant la sécurité des personnes, la facilité d’installation et d’exploitation. Cellule interrupteur sectionneur de 3,6 à 24 kV (M6 Merlin-Gérin) 20 • D I S T R I B U T I O N D E L ’ É N E R G I E P R É S E N TAT I O N D’OUVRAGE D’après l’épreuve E2 de Bac Pro, session 2002 Usine Michelin de Blanzy partie de ces produits est destinée à l’usine ellemême, le reste de la production est envoyé aux autres usines du groupe. L’usine Michelin de Blanzy (Saône-et-Loire), implantée sur la zone industrielle de La Fiolle, peut être considérée comme une usine moyenne par rapport aux autres filières du groupe. Elle occupe néanmoins une surface de 33 ha, dont 12,3 ha de bâtiments. 2. Génie civil : fabrication de pneus pour engins de chantiers, celle-ci ne concerne que les petites et moyennes tailles. 3. Tourisme/camionnette : confection de pneumatiques pour l’automobile. Cette usine comporte trois secteurs de fabrication : 1. Confection de la gomme : fabrication des mélanges et réalisation des tissus métalliques. Une Gomme naturelle Gomme synthétique L’étude portera particulièrement sur la motorisation du mélangeur interne. Noir de carbonne Plastification Produits chimiques Huile Mélangeur interne Pesée Déchiquetage Homogénéisateur interne Pesée Homogénéisateurs finisseurs Agents vulcanisants Gomme Fig. 1 : Synoptique du secteur confection de la gomme. D I S T R I B U T I O N D E L ’ É N E R G I E • 210 P R É S E N TAT I O N D’OUVRAGE Analyse du mélangeur interne Le mélangeur interne malaxe les différents produits précédemment pesés (fig. 1) dans deux rouleaux tournant en sens inverse. Compte tenu du couple nécessaire, 131 kNm en sortie du réducteur, et de la vitesse maximale à couple constant, soit 73,3 min– 1, la puissance utile sur l’arbre du moteur doit être de 1 000 kW. On optera pour le choix de deux moteurs à courant continu à excitation indépendante montés en tandem, puissance répartie sur les deux moteurs (500 kW chacun) ainsi que le couple (23 kNm chacun). L’étude comporte trois parties : A. La distribution HTA. B. L’alimentation des moteurs de mélangeurs. C. Paramétrage, asservissement, branchement de l’installation. Mélangeur interne Variateur V1 Variateur V2 Produits Moteur à courant continu Moteur à courant continu ne = 220 min– 1 Te = 46 kNm U induit 440 V – CC Fig. 2 : Synoptique de l’ensemble mélangeur interne. 22 • D I S T R I B U T I O N D E L ’ É N E R G I E Réducteur Rapport de réduction K=3 h = 0,95 ns = 73,3 min– 1 Ts = 131 kNm Mélange 50 A Tl 40/5 50 A Tl 40/5 S13 400 A D10 200 A 50 A TI 40/5 20 kV 1250 kVA 380 V D11 200 A 50 A TI 40/5 20 kV 1250 kVA 380 V Sous-station Z1 1250 kVA 380 V S14 400 A 1250 kVA 380 V 20 kV D5 200 A D6 200 A 20 kV S8 400 A S9 400 A Sous-station Z2 IS6 400 A 3 câbles unipolaires 1 × 150 mm2 Alu L = 210 m D9 200 A S12 400 A D1 400 A D2 400 A D3 400 A TI 60/5 TI 60/5 Motorisation mélangeur 63 A IS4 200 A 63 A IS5 200 A IS3 400 A Cellule 3 S3 400 A S4 400 A S5 400 A Sous-station groupe 3 3 câbles unipolaires 1 × 150 mm2 Alu L = 250 m S6 400 A Cellule 2 D4 200 A S7 400 A 6,3 A S2 TI 400 A 800/5 TAG Arrivée 20 kV IS1 1250 A 6,4 MW 11 kVA 8 MVA 21 kV D8 400 A S11 400 A D7 630 A S10 630 A Câbles uni. 2 × 240 mm2 Alu IS2 1250 A Poste cogénération Cellule 1 20 kV/100 V Poste d'arrivée 20 kV EDF 2 EDF 1 S1 630 A P R É S E N TAT I O N D’OUVRAGE Fig. 3 : Schéma général de la distribution électrique HTA/BT. D I S T R I B U T I O N D E L ’ É N E R G I E • 230